O aumento drástico da prevalência de patologias associadas ao ganho de peso é resultado do desequilíbrio no balanço energético corporal, o que caracteriza uma desregulação neuroendócrina e leva a um grupo heterogêneo de condições com múltiplas causas. Frente à importância das alterações causadas por esse desbalanço, estratégias são empregadas com a finalidade de elevar a eficácia de perda de peso, como por exemplo, o uso de nutrientes presentes nos alimentos, como o óleo de peixe, capaz de ligar-se a receptores importantes na manutenção da homeostase energética, associado à estimulação do receptor β3-adrenérgico, um dos principais responsáveis pela termogênese e gasto energético. O presente estudo teve como objetivo avaliar se a utilização do óleo de peixe (OP) potencializa a ação β3-adrenérgica do agonista mirabegrona (MIRA) em ratos. Após o estudo dose- resposta foram selecionadas as doses com maior efeito para os tratamentos via oral (V.O) e intracerebroventricular (ICV), estas doses foram utilizadas no tratamento crônico (8 dias), os animais foram segregados em quatro grupos, Salina, OP, MIRA e OP+MIRA. A associação de OP+MIRA (V.O) mostrou-se mais eficaz que os demais tratamentos para, redução do peso corporal, consumo de ração e aumento da temperatura interescapular, além de aumento da expressão de genes responsáveis pelo fenótipo termogênico (LPL, UCP1 e ADRB3) e redução da expressão do gene relacionado à adipogênese (PPARγ) no tecido adiposo branco epididimal (TABepi) onde a frequência de distribuição referente à área dos adipócitos foi menor para o grupo OP+MIRA. Após a estimulação da termogênese através do frio o tratamento OP+MIRA sobrepôs seu efeito termogênico em relação aos grupos salina e OP, e após exposição contínua ao calor o tratamento OP+MIRA manteve a temperatura interescapular maior que os demais tratamentos mesmo em uma condição onde há redução da taxa metabólica. O protocolo realizado com um β-bloqueador revelou que apenas os grupos MIRA e OP+MIRA são influenciados pela via simpática no aumento da temperatura interescapular, porém sem promover aumento da pressão arterial média, verificado através do protocolo de pressão arterial média por medida indireta. A associação entre OP+MIRA no tratamento ICV promoveu redução no consumo de ração e a frequência de distribuição referente à área dos adipócitos deste grupo foi menor que os demais tratamentos. Conclui-se que a terapia combinada utilizando OP e MIRA mostra-se eficaz na modulação do balanço energético, com efeitos sobre o peso corporal, consumo de ração e termogênese interescapular podendo constituir uma estratégia futura para estudos de tratamento e prevenção da obesidade.